Como tornar o Lambda Calculus forte normalizando sem um sistema de tipos?


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Existe algum sistema semelhante ao cálculo lambda com forte normalização, sem a necessidade de adicionar um sistema de tipos sobre ele?


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A questão é um pouco desfocada: o que você quer dizer com "semelhante a"? Os autômatos de estados finitos são semelhantes? O -calculus é um modelo universal de computação, portanto, qualquer coisa que seja 'semelhante' a ele provavelmente apresentará formas de computação não-terminantes. λ
Martin Berger

Respostas:


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Eu posso pensar em algumas respostas possíveis provenientes da lógica linear.

O mais simples é o cálculo lambda afim: considere apenas termos lambda nos quais todas as variáveis ​​aparecem no máximo uma vez. Essa condição é preservada pela redução e é imediato ver que o tamanho dos termos afins diminui estritamente a cada etapa de redução. Portanto, o cálculo lambda afinado não tipado está fortemente normalizando.

Exemplos mais interessantes (em termos de expressividade) são dados pelos chamados lambda-calculi "leves", decorrentes dos subsistemas de lógica linear introduzidos por Girard em "Light Linear Logic" (Information and Computation 143, 1998), também como "Soft Linear Logic" de Lafont (Teoria da Computação 318, 2004). Existem vários cálculos na literatura, talvez uma boa referência seja a normalização forte de Terui "Light affine lambda cálculo e tempo polinomial" (Archive for Mathematics Logic 46, 2007). Nesse artigo, Terui define um cálculo lambda derivado da lógica afim da luz e prova um forte resultado de normalização para ele. Embora os tipos sejam mencionados no artigo, eles não são usados ​​na prova de normalização. Eles são úteis para uma formulação clara da propriedade principal do cálculo lambda afim da luz, ou seja, que os termos de um determinado tipo representam exatamente as funções Polytime. Resultados semelhantes são conhecidos para computação elementar, usando outros cálculos lambda "leves" (o artigo de Terui contém outras referências).

Como observação lateral, é interessante observar que, em termos teóricos da prova, o cálculo lambda afim corresponde à lógica intuicionista sem a regra da contração. Grishin observou (antes da introdução da lógica linear) que, na ausência de contração, a teoria dos conjuntos ingênua (isto é, com compreensão irrestrita) é consistente (isto é, o paradoxo de Russel não dá uma contradição). A razão é que a eliminação de cortes para a teoria dos conjuntos ingênua sem contração pode ser comprovada por um argumento direto de redução de tamanho (como o que forneci acima) que não depende da complexidade das fórmulas. Através da correspondência de Curry-Howard, essa é exatamente a normalização do cálculo lambda afinado não tipado. É traduzindo o paradoxo de Russel na lógica linear e "aprimorando" as modalidades exponenciais para que nenhuma contradição pudesse ser derivada de que Girard inventou uma lógica linear leve. Como mencionei acima, em termos computacionais, a lógica linear leve fornece uma caracterização das funções computáveis ​​em tempo polinomial. Em termos teóricos da prova, uma teoria ingênua consistente dos conjuntos pode ser definida na lógica linear da luz, de modo que as funções comprovadamente totais sejam exatamente as funções computáveis ​​em tempo polinomial (há outro artigo de Terui sobre isso, "Teoria dos conjuntos afins da luz: uma ingênua teoria dos conjuntos do tempo polinomial ", Studia Logica 77, 2004).


Eu diria que o Light Affine Lambda Calculus da Terui é digitado, dadas as restrições sobre o uso de variáveis ​​afins, estratificando os operadores e a monoidalidade do operador! Só que essas restrições são introduzidas informalmente. A LLL de Girard também é digitada.
Martin Berger

@ Martin: Eu discordo. As restrições estruturais impostas a termos afins leves são de natureza diferente das de um sistema de digitação. A maior diferença é que a digitação é necessariamente indutiva, enquanto a formação de poço (ou seja, estratificação, uso afim etc.) pode ser definida como uma propriedade combinatória de um termo. Assim, por exemplo, quando você digita um termo, geralmente precisa digitar seus subtermos, enquanto um subtermo de um termo estratificado não precisa ser estratificado.
Damiano Mazza

Desculpe, mais uma coisa sobre a LLL de Girard: o sistema é obviamente digitado porque envolve fórmulas. No entanto, como mencionei na minha resposta, as fórmulas não desempenham nenhum papel na eliminação de cortes de LLL. De fato, pontos de fixação arbitrários de fórmulas podem ser adicionados (incluindo a fórmula paradoxal de Russel, que é equivalente à sua própria negação!), Sem que a LLL se torne inconsistente. Isso ocorre porque a eliminação do corte é válida por razões "puramente estruturais", independentemente do fato de você poder anexar tipos às suas provas (tecnicamente, o teorema da eliminação do corte para LLL pode ser comprovado em redes de prova não tipadas).
Damiano Mazza

OK, se você tornar a indutividade uma condição de algo ser um sistema de digitação. Esse é um ponto de vista interessante que eu nunca havia encontrado antes.
Martin Berger

... e é um ponto de vista que eu diria estar errado. Por exemplo, em sistemas que envolvem subtipagem (geralmente, quando se considera uma interpretação extrínseca de tipos no sentido de Reynolds), é muito natural ter uma visão co-indutiva da digitação. Existem alguns exemplos na literatura (embora eu ache que isso é subestimado).
Noam Zeilberger

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O artigo original de Church e Rosser, "Some Properties of Conversion", descreve algo que pode ser um exemplo do que você está procurando.

Se você usar o cálculo lambda estrito , em que em toda ocorrência de você tem que aparece livre em , sem um sistema de tipos a seguinte propriedade é válida (é o Teorema 2 no artigo de Church e Rosser):λx.MxM

Se é uma forma normal de , existe um número tal que qualquer sequência de reduções iniciando em levará a [equivalência alfa do módulo] após, no máximo, reduções.BAmABm

Assim, mesmo que você possa escrever termos não termináveis ​​no cálculo lambda estrito (sem tipo), todo termo com uma forma normal normaliza fortemente; isto é, toda sequência de reduções alcançará essa forma normal única.


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Algo está em desacordo, pois não aparece na conclusão. m
21320 Andrej Bauer

Terminou a declaração do teorema desta vez, obrigado. A parte que escrevi como [módulo alfa equivalente] era originalmente "(dentro das aplicações da Regra I)", o que significa a mesma coisa, a menos que não me lembre da Regra I corretamente.
Rob Simmons

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Aqui está uma divertida, de Neil Jones e Nina Bohr:

Terminação de chamada por valor no Untypeλ

Ele mostra como aplicar a análise de mudança de tamanho (um tipo de análise de fluxo de controle que detecta loops infinitos) em termos tipda . Isso é bastante bom na prática, mas é claro que está restrito a -terms sem constantes definidas (embora o método possa ser estendido para uso mais geral).λλλ

A vantagem da digitação, é claro, é o baixo custo de complexidade e a modularidade da abordagem: em geral, as análises de terminação são muito não modulares, mas a digitação pode ser feita "peça por peça".


Isso é realmente interessante!
MaiaVictor
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